信号转导
信号转导通路在生物学中的作用及应用
信号转导通路在生物学中的作用及应用信号转导通路是生物学中一个非常重要的概念，它描述了细胞中信息的传递和调节，从而决定了细胞的功能和命运。
在本文中，我们将介绍信号转导通路的基本原理和主要作用，并探讨其在生物医学与生产中的应用。
一、信号转导通路的基本原理细胞内信号转导通路是一系列多步骤反应的网络，用于转导外部或内部刺激信号来引起一系列的生物学效应，例如增加或减弱蛋白质产生、改变细胞形态、活性和分裂等。
这种信号通路的本质是信号从外部刺激物、内部信号分子或细胞间信号分子，通过传递到细胞内部的受体，然后引起一系列的底物酶和细胞信使分子的活性变化，最终导致基因表达和蛋白质合成的变化。
通俗的说，信号转导通路就像是一条大街，信号开始于外部刺激和信号分子，通过信号细胞受体和信号转导蛋白，再经过一系列分支并接触到内在运作模块，最终再转导到细胞核或胞质内，完成特定的下游生物学效应。
二、信号转导通路在生物学中的作用信号转导通路在生物学中的作用非常广泛，涵盖了细胞形态、发育、分化、增殖、细胞死亡、保护、运动等生物学事件，这个过程可以翻译成一个价值观。
假设有一条街道，如果都是一些与你没有关系的东西，那么你不会在这条街道上花费太多时间，但是如果在这条街上有你感兴趣的商店，你就可能会在这条街道上逗留。
信号通路的作用原理与这种情况类似，如果有某些物质与细胞的生存和健康息息相关，那么通路就会对这些物质进行反应。
1.细胞信号转导细胞信号转导是信号分子、细胞膜受体和参与细胞功能调节机制的细胞信使分子，通过广泛的分子交互相互作用，实现在细胞间的化学和物理信息传递，从而调节各种生物学事件。
例如，人体细胞中的多种细胞生长因子、激素、神经递质、肽类和小分子等物质在合适的时间和环境下可以通过多个级联信号转导通路，引导细胞活性改变。
2.程序性细胞死亡程序性细胞死亡（Apoptosis）是细胞活性由生命状态向死亡状态的转化方式。
这个过程被认为是机体内部保持细胞稳态平衡和应对各种病理性、生理性和环境胁迫的主要机制。
信号转导途径---生理
（f）G直接激活K＋通道，调节心率；
精选ppt
B. 单聚GTP结合蛋白 (GTP-binding
protein)，小G蛋白
精选ppt
小G蛋白是单聚GTP结合蛋白。 包括Ras调节生长、分化； Rho （RhoA～D、E、F，Cdc42， Rac）调节肌纤蛋白，细胞骨 架； Rab，ARF 调节小泡的运输等。
精选ppt
Sch（SH2-domain containing adapter protein）中的SH2与RTK中的磷酸化酪氨酸 结合后, Shc本身被RTK的酪氨酸激酶磷酸化， 通过Grb2中的SH2与磷酸化Sch结合,也和磷 酸化酪氨酸的RTK结合，因此，Sch-Grb2复 合物便被募集到RTK上，与Sos(鸟苷酸激活 因子）结合，激活Ras，从而启动RasMAPK途径。
精选ppt
（2）细胞因子受体 与免疫或造血细胞的信号传导有关。 细胞因子：白细胞介素（IL）、干扰素
（IFN）、集落刺激因子（CSF）、生长 激素（GH）等。 无激酶结构区，不具有酪氨酸蛋白激酶 的活性。
精选ppt
受体与配体结合后生成二聚体，募集胞 浆内的Src家族（Lck、Lyn、Fyn等）的酪 氨酸蛋白激酶，使细胞因子受体中的酪氨酸 残基磷酸化，然后接合体蛋白Shc和Grb2等 募集到细胞因子受体上，激活SOS，再激活 Ras-MAPK途径。
精选ppt
丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的活性受 第二信使如cAMP, cGMP, Ca2+，IP3和 二酰基甘油的调节，如cAMP-依赖蛋白 激酶、cGMP-依赖蛋白激酶、 Ca2+ 和 钙调蛋白-依赖蛋白激酶、二脂酰甘油 （DAG）激活的蛋白激酶C。
精选ppt
二、信号转导途径的类型
第5章 信号转导
Guanylate cyclase
乙酰胆碱
瓜氨酸
精氨酸 鸟苷酸环化酶
细胞信号转导的主要途径
一 G蛋白介导的细胞信号转导途径 二 酶耦联型受体介导的信号转导途径
三 离子通道偶联的受体介导的信号转导途径
四 核受体及其信号转导途径
一、G蛋白介导的细胞信 号转导途径
(一) 腺苷酸环化酶途径 (二)磷脂酰肌醇信号通路
信号应答。
第二信使的作用：
第二信使在细胞信号转导中起重要作用，它们 能够激活级联系统中酶的活性，以及非酶蛋白 的活性。 第二信使在细胞内的浓度受第一信使的调节， 它可以瞬间升高、且能快速降低，并由此调节 细胞内代谢系统的酶活性，控制细胞的生命活 动，包括：葡萄糖的摄取和利用、脂肪的储存 和移动以及细胞产物的分泌。 第二信使也控制着细胞的增殖、分化和生存， 并参与基因转录的调节。
盐皮质激素 性激素
无活性）
（位于胞浆，未与配体结合前与HSP结合存在， 受体 激活
与核内激素反应元件结合（HRE）
增强或抑制靶基因转录
HSP R
HSP
R
HSP
cell membrane
protein
R R
核转录因子
HRE
mRNA
A model of an intracellular receptor protein
钙调蛋白的结构
在不同的细胞中，Ca2+-钙调蛋白复合物可以同CaM-蛋白 激酶、cAMP磷酸二酯酶、以及质膜中的Ca2+运输蛋白结 合， 将它们激活，进行信号的放大
CaM-蛋白激 酶Ⅱ的激活
IP3、Ca2+—钙调蛋白激酶途径
α1肾上腺素能受体 内皮素受体 血管紧张素Ⅱ受体 与Gqα结合 PLCβ
细胞信号传导和信号转导
细胞信号传导和信号转导在细胞生长和发育过程中起着关键作用，它们调控着细胞的 增殖、分化和凋亡等过程。
细胞信号传导和信号转导的异常会导致多种疾病，如癌症、神经退行性疾病和免疫 系统疾病等，因此对它们的深入研究有助于疾病的诊断和治疗。
信号转导是信号传导的一部分，信号转导主要关注细胞内特定分子或离子浓度的变化， 而信号传导则涉及细胞间或细胞内信号的传递和放大。
信号转导和信号传导都涉及到信号的识别、转换和传输，但信号转导更侧重于分子识 别和转换机制，而信号传导更强调信号的传递和放大过程。
信号转导和信号传导在某些情况下是相互关联的，例如在某些信号转导过程中，特定 的分子或离子浓度的变化可以触发细胞内的信号传导过程。
细胞信号传导和信号转导在维持细胞内环境稳态、细胞器的功能以及细胞器的合成与降解等方 面发挥重要作用。
细胞信号传导和信号转导对于细胞的能量代谢、物质代谢以及细胞内的氧化还原平衡等也有重 要影响。
细胞信号传导和信号转导在细胞周期调控、细胞凋亡以及细胞自噬等细胞生命活动中扮演着关 键角色，对于维持细胞的正常生命活动具有重要意义。
信号转导和信号传导都涉及到细胞内的分子和离子浓度的变化，这些变化可以影响细 胞的生理功能和行为。
信号转导主要关注信号分子如何与受体结合，引起细胞内一系列生化反应，最终导致细胞反应 的过程。
信号传导则更强调细胞如何整合来自不同信号转导途径的信息，以产生精确和特异的细胞反应。
信号转导通常涉及单个分子事件，而信号传导则涉及多个信号转导途径的整合。
离子通道型信号传导：通过离子通道的开启或关闭，引起细胞膜电位的变化，进而传递 信号。
G蛋白型信号传导：通过G蛋白偶联受体与相应的配体结合，激活G蛋白，进而激活或抑 制效应酶，传递信号。
细胞的信号转导
4. 自分泌信号：与上述三类不同的是，信号发放细胞和靶
细胞为同类或同一细胞，常见于癌变细胞。
从溶解性来看又可分为脂溶性和水溶性两类：
脂溶性信号分子：如甾类激素和甲状腺素，可直接穿膜进入靶细胞 ，与胞内受体结合形成激素-受体复合物，调节基因表达。
其共同特点是： ①特异性 ②复杂性 ③时间效应
按产生和作用方式分：
1. 激素 ：内分泌信号，经血液或淋巴循环转运，作用距离
远、范围大、持续时间长。如：胰岛素、甲状腺素、肾 上腺素等
2. 神经递质：突触分泌信号，作用时间、距离短，如： 乙
酰胆碱、去甲肾上腺素等
3. 局部化学介质 ：旁分泌信号，通过细胞外液介导，作用
参与G蛋白偶联受体进行信号转导的第二信使有cAMP 、cGMP、三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DAG ）、Ca2+等。第二信使的作用是对胞外信号起转换和 放大的作用。
（一）cAMP信号途径
1、刺激性/抑制性激素和相应受体
Gs/ Gi
腺苷酸环化酶（AC）：跨膜12次，在G蛋白激 活下，催化ATP生成cAMP。
Adenylate cyclase
2、依赖cAMP的蛋白激酶A（Protein Kinase A， PKA）：由两个催化亚基和两个调节亚基组成。
•cAMP与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基解离， 释放出催化亚基，激活蛋白激酶A的活性。
3、环核苷酸磷酸二酯酶(PDE)：降解cAMP生成5’-AMP ，终止其信号功能。
量氯离子和水分子持续转运入肠腔 ，引起严重
腹泻和脱水。
四、蛋白激酶功能异常
肿瘤促进剂佛波酯与DAG结构类似，取代其与 PKC结合而活化PKC，但不被降解，从而使PKC 不可逆活化，细胞不可控的生长、增殖。
信号转导教学课件ppt
G蛋白偶联受体信号转导的通路
01
GPCR与配体结合后，引起G蛋白的活化，释放出GDP并替换为GTP，进而引起 下游效应分子的激活。
02
G蛋白可激活多种效应分子，如AC、PLC等，进而产生第二信使分子，如cAMP 和DAG，进一步调节细胞的生物学效应。
03
GPCR信号转导通路还包括抑制性通路和非抑制性通路，抑制性通路通过降低细 胞内cAMP水平来抑制细胞活动，而非抑制性通路则通过激活PLC并产生DAG和 IP3来促进细胞活动。
分类
根据结构和功能，细胞因子可分为白细胞介素(IL)、干扰素 (IFN)、肿瘤坏死因子(TNF)、集落刺激因子(CSF)等。
细胞因子受体的结构与功能
结构
细胞因子受体是一类跨膜蛋白，由胞内区和胞外区组成，胞内区具有酪氨酸 激酶活性。
功能
细胞因子受体通过与相应配体结合，传递信号至细胞内，触发一系列生物学 反应，如增殖、分化、凋亡等。
磷酸化
激活的受体通过磷酸化修饰，进一 步激活下游信号分子。
酶联型受体信号转导的通路
MAPK通路
酶联型受体激活后，通过MAPK通路传递信号，引发细胞反应。
JAK-STAT通路
酶联型受体激活后，通过JAK-STAT通路传递信号，调节细胞增殖和分化。
04
细胞因子信号转导
细胞因子的定义与分类
定义
细胞因子是由免疫细胞和非免疫细胞产生的一类小分子可溶 性蛋白，具有调节免疫应答和炎症反应等多种生物学功能。
信号转导与药物研发
了解信号转导的机制有助于开发新的药物，针对异常的信号转导过程进行干预和 治疗。
06
信号转导研究方法
基因敲除与敲入技术
基因敲除技术
利用同源重组或转座子等技术，将特定基因从染色质中剔除 ，以研究基因功能。
胞内受体介导的信号转导途径和机制
胞内受体介导的信号转导途径和机制
胞内受体介导的信号转导途径和机制主要包括以下步骤：
1.配体与受体的结合：胞内受体可以识别和结合相应的配体，如激素、递质、
生长因子等。
这些配体可以是小分子物质，也可以是蛋白质或多肽类物质。
2.受体构象的改变：当配体与受体结合后，会导致受体分子构象发生改变，
从而暴露出与效应器相互作用的位点。
3.受体与效应器的相互作用：暴露出的受体位点可以与相应的效应器相互作
用，如激活或抑制酶的活性、调节基因的表达等。
4.信号转导：胞内受体介导的信号转导途径可以涉及多个环节，包括信号转
导通路的激活、细胞内钙离子浓度的变化、细胞内蛋白质的磷酸化等。
这些信号转导过程最终导致细胞生理功能的改变，如细胞增殖、分化、迁移等。
总的来说，胞内受体介导的信号转导途径和机制是一个复杂的过程，涉及多个环节和多种分子。
这些过程在细胞生命活动中起着至关重要的作用，是维持细胞正常生理功能和生长发育的关键因素之一。
信号转导
membrane receptor
指位于细胞膜上的受 体，是镶嵌在细胞膜 类脂双分子层中的各 种特异性的蛋白质分 子，能与配体特异性 结合，并在细胞内引 起相应的反应。
膜受体的结构
1. 识别部位：露在脂双分子层 外面能与外界信号识别结合 部位。 2. 转换部位：把识别部位接受 的信号转换给效应部位。 3. 效应部位：露在细胞内表面 的部分，具有酶活性，激活 后可产生相应的生物学效 应。
分为：
1. 2.
cAMP信号通路 磷脂酰肌醇信号通路
•配体 •受体 •Ｇ蛋白
G protein
即鸟苷酸结合蛋白，一般是指任何可与 鸟苷酸结合的蛋白质的总称，但通常所说 的G蛋白仅仅是信号转导途径中与受体偶联 的鸟苷酸结合蛋白。
GTP
α
GDP
βγ
G蛋白的分子组成示意图
(1)G蛋白由α、β、γ 3个不同亚基形成的三聚体；(2)Gα亚基具有GDP/GTP 结合能力，并具有GTP酶活性；(3)Gβ、Gγ亚基紧密形成一个功能单位， 起调节G蛋白活性的作用。
肝细胞对胰高血糖素或肾上腺素的反应
CAMP反应元件结合蛋白
CAMP反应元件
生成葡萄糖时所需要的合 成代谢酶类的合成
β肾上腺素能受体 胰高血糖素受体 激活Gs, 增加AC活性 cAMP PKA
(一 ) 腺苷酸环化酶途径
促进心肌钙转运 心肌收缩性增强
增加肝脏 糖原分解
进入核内PKA 激活靶基因转录
蛋白酪氨酸激酶抑制剂：阻断细胞应答。
（3）G蛋白偶联受体 (G protein-coupled receptor) －通过第二信使起作用
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
信号转导 061M5007H
学期：2015-2016学年秋| 课程属性：| 任课教师：谢旗等
教学目的、要求
本课程为细胞生物学专业研究生的专业基础课，同时也可作为相关专业研究生的选修课。
细胞信号转导是细胞生物学学科进展最快的研究领域之一，信号转导的概念已经开始深入到生命科学的各个领域。
本课程内容涵盖动植物受体、G蛋白、环核苷酸第二信使、质膜磷脂代谢产物胞内信使、酶活性受体、蛋白质可逆磷酸化、泛素蛋白化及其对基因表达的调控、信号转导途径的多样性、网络化和专一性等方面的研究现状和进展。
预修课程
生物化学、分子生物学
教材
生命科学学院
主要内容
第一章绪论（3学时，教师：谢旗）细胞信号转导的研究对象和研究意义，细胞信号的主要种类，细胞化学信号分子与信号传递途径的特征。
真核生物的蛋白激酶，蛋白磷酸酶，蛋白质可逆磷酸化对信号转导的调节方式，蛋白质可逆磷酸化与基因表达调控，蛋白质可逆磷酸化在细胞信号中的意义。
蛋白质稳定性与信号转导。
第二章植物免疫的表观遗传调控（3学时，教师：郭惠珊）表观遗传调控包含RNA干扰、DNA修饰、组蛋白翻译后修饰和染色质重塑等各种过程互相交叠，共同调控基因组表观修饰的动态平衡；除了影响生长和发育，表观遗传调控的另一重要功能是抗病免疫作用。
本讲将着重介绍植物表观遗传途径及其抗病免疫信号的调控作用。
第三章MicroRNA介导的信号（3学时，教师：郭惠珊）microRNA 广泛存在于生物体内，是生物体保守机制RNA沉默过程产生并具有序列特异性调控功能的一类非编码小分子RNA。
本课程主要讲授植物microRNA的产生、加工、特性及其调控作用的基本生物学过程；以及植物miRNAs和其他小分子RNA参与植物生长素信号途径和其他植物生理性状的调控作用。
第四章钙离子通道及信号转导（3学时，教师：陈宇航）钙离子是生命活动的必需元素，基本分布和内稳，代谢平衡和疾病；钙离子发挥重要生物学功能，简述历史发现，作为第二信使的化学基础，功能调控的基本模式，以钙结合蛋白为例子展开介绍钙离子发挥功能调控的分子结构基础等；介绍钙离子信号转导系统的组成，
信号转导的基本过程等。
从结构生物学角度，介绍钙信号转导重要分子结构-功能研究的最新进展；以电压门控钙离子通道，配基激活的非选择性阳离子通道，内质网上的钙离子激活的钙离子通道CRAC，RyR受体等例子，讲述这些重要分子的三维结构研究和调控机理。
第五章信号转导的结构生物学基础（3学时，教师：陈宇航）信号转导的基本模式和过程，及重要生物学意义；结构生物学在阐明信号转导机理中的应用和基本方法；信号转导特异性，高效性及其分子结构基础。
从结构生物学角度，以最新研究进展为实例来讲述信号转导的分子机制；讲述G蛋白和GPCR信号通路相关分子结构-功能研究的最新进展，阐明G 蛋白信号转导人体重要生理功能调节中的分子机制和结构基础；讲述ABA信号通路相关分子结构-功能研究的最新进展，讲述信号转导在植物生理功能调控的分子机制和结构基础。
第六章光信号传导（3学时，教师：谢旗委托傅向东研究员）植物生长发育受植物的内源激素、生长环境和营养的影响。
三者共同调控植物的生长发育、形态建成及开花等发育过程。
三者间相互作用，尤其是不同信号转导途径间的Cross -talking更为重要。
主要是讲述光信号传导与不同激素间的互作对植物根生长和发育的调控，及其受或对环境应答的影响。
第七章信号转导的调控（3学时，教师：许执恒）MAPK，MAPKK，MAPKKK 在信号传递途径中起了关键的作用。
c-Jun氨基端激酶(JNK, 又称应激活化蛋白激酶,SAPK) 信号通路属于丝裂原激活蛋白激酶（MAPK）通路,是细胞凋亡的主要信号转导途径之一并与神经退行性疾病关系密切。
JNK信号通路可被细胞外多种刺激通过MAPKKK-MAPKK- MAPK （JNK）所激活。
多个在神经细胞凋亡中起关键作用的基因, 并证实参与JNK 传导通路的各种激酶及支架蛋白, 包括POSH、JIPs、Rac1/C dc42、MLKs、MKK4/7 和JNKs，可通过构成一相互作用的复合体--PJAC (POSH 和JIP 相关复合体,上图)而参与凋亡过程。
第八章MAPK 信号生理功能与疾病（3学时，教师：许执恒）MAPK信号通路参与的多种生理过程及其调控机制，与MAPK信号通路异常相关的疾病及病理生理机制。
第九章神经信号转导途径（3学时，教师：张永清）利用传统的模式动物果蝇进行神经生物学的基础应用研究。
通过研究发现果蝇的神经系统在分子和细胞水平上与哺乳动物的非常相似，主要是讲述神经信号转导及调控机制。
第十章脂质代谢与神经发育（3学时，教师：张永清）授课内容将主要涉及神经突触发育过程中的信号转导，以及重大神经精神疾病如智障和自闭症的病理发生和分子信号调控机制。
通过课堂讲授，学生们将对正常生理过程中突触发育的机制以及相关疾病的病理发生机制有较全面的认识。
第十一章植物与逆境环境信号（3学时，教师：谢旗）植物生长发育面临不同生长环境的影响。
尤其是不同信号转导途径间的分子机理是该领域的热点。
主要是讲述以拟南芥根发育作为研究对象、分离鉴定与环境应答相关的突变体。
如何研究不同逆境应答因子的信号转导及调控机制。
进一步阐明植物激素和环境互作调控植物发育的分子机理第十二章信号转导的机制的应用—诱导系统（3学时，教师：谢旗）通过对半乳糖调控、肾上皮质激素、雌性激素、光信号等转导机理的深入研究而重建了多个诱导系统。
该章主要内容是多个诱导系统的机制及应用。
考试（4学时）教学方式：100 % 课堂授课考核方式：课堂开卷
参考文献。